计及保护动作时间与双馈风电场协调配合的控制系统及方法与流程

本发明属于新能源电力系统保护控制，涉及一种协调配合的控制系统及方法，尤其是一种计及保护动作时间与双馈风电场协调配合的控制系统及方法。

背景技术：

1、随着并网风电场容量与占比的不断提升，风电场并网对电压支撑能力弱的缺点日益凸显，无功补偿问题成为其安全运行与可靠供电的核心问题。电网故障以后，电网电压显著降低，导致风电场并网点电压产生强烈波动，严重时会引起大规模风机脱网事件，对系统的运行稳定性和供电可靠性造成极大影响。

2、故障期间为实现风机的低电压穿越，系统中的无功源需要发出无功功率对系统进行无功支撑，然而在故障清除、电压恢复后由于双馈风机与无功补偿装置svg的无功输出响应需要一定的时间，会使得系统中无功功率过剩，导致暂态过电压，可能使得风电机组高电压脱网。

3、现有故障穿越方法只针对单一电压骤升或降落的场景，并没有考虑现有的低电压阶段无功补偿策略和保护动作后故障隔离的协调配合，实际中电压骤升故障在电压骤降故障恢复后发生的概率更大，故障切除后在低电压阶段系统无功功率盈余会引起暂态过电压，因此如何预防在故障清除、电压恢复后出现的暂态过电压问题，仍需进一步研究。

4、经检索，未发现和本发明相同或相似的现有技术的公开文献。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种计及保护动作时间与双馈风电场协调配合的控制系统及方法，能够解决故障恢复期间并网点的暂态过电压问题。

2、本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

3、一种计及保护动作时间与双馈风电场协调配合控制系统，包括：

4、采集模块，用于实时采集系统运行期间的电压和功率，其输出端分别与数据处理模块和电压判断模块相连接，用于给数据处理模块提供并网点电压与无功功率信息，给电压判断模块提供并网点电压信息以判断系统是否故障以及故障是否清除；

5、数据处理模块，用于根据采集模块采集到的系统运行期间的并网点电压与无功功率信息，计算得到系统所需的无功功率需求状态等数据；

6、电压判断模块，用于根据并网点电压信息，判断是否进入无功补偿控制流程；

7、所述数据处理模块和电压判断模块的输出端与控制指令模块相连接，该指令控制模块分别与转子侧换流器、网侧换流器和静止无功发生器svg相连接，用于根据获取的是否进入无功补偿控制流程的指令值以及无功功率需求，协调分配系统内的无功补偿设备的无功出力，下达对转子侧换流器、网侧换流器以及svg的无功功率指令值，各设备按照无功功率指令值进行无功出力。

8、一种计及保护动作时间与双馈风电场协调配合的控制方法，包括：

9、步骤1、电网发生短路故障，采集模块检测到并网点电压，利用电压判断模块判断并网点电压u≤0.9，根据典型主保护动作时间对双馈风机转子侧换流器的无功功率值进行设计；

10、步骤2、数据处理模块得到无功功率需求，根据无功分配原则对系统的无功需求进行分配，从而指令控制模块得到双馈风机转子侧换流器、网侧换流器以及svg的无功参考值qsref、qcref与qsvgref；

11、步骤3、电压判断模块对电压进行判断，确定主保护是否以及动作切除故障，若主保护动作，说明此时故障已被清除，延时tdelay时间后在电压恢复阶段进行相应的无功分配；若主保护未动作，则根据后备保护动作时间重新进行无功分配；

12、步骤4、根据典型后备保护动作时间对双馈风机转子侧换流器的无功功率值进行设计，指令控制模块根据无功分配原则得到其无功参考值qsref、qcref与qsvgref；

13、步骤5、保护动作，故障清除后在电压恢复阶段对双馈风机转子侧换流器、网侧换流器以及svg的无功参考值进行设计；

14、而且，所述步骤1的具体步骤包括：

15、(1)检测并网点电压u，电网发生短路故障，并网点电压u≤0.9，系统中无功补偿设备提供无功功率；

16、(2)指令控制模块得到无功补偿控制流程的指令值，以典型主保护动作时间为依据，对双馈风机转子侧换流器的无功功率参考值进行反时限设计，即离保护动作时间(包含断路器跳闸时间)越近，转子侧换流器的无功功率参考值越小：

17、

18、式中，t＝0代表故障发生时刻，tp1为主保护+断路器动作时间，qsmax为双馈风机转子侧换流器的无功极限值，qs2max为设计的转子侧换流器无功出力值。

19、而且，所述步骤2的具体步骤包括：

20、(1)对系统总无功需求qref进行无功功率分配，优先分配给双馈风机转子侧换流器，当双馈风机转子侧换流器无功极限小于总无功需求qs2max<qref时，转子侧无功功率参考值qsref＝qs2max，否则qsref＝qref；

21、(2)其次将无功功率分配给双馈风机网侧换流器，当qs2max>qref时网侧换流器的无功参考值qcref＝0；当网侧换流器的无功极限值qcmax<qref-qs2max时qcref＝qcmax，否则qcref＝qref-qs2max；

22、(3)最后将无功功率分配给svg，当qs2max>qref时svg的无功功率参考值qsvgref＝0；当qcmax>qref-qs2max时，qsvgref＝0；当svg的无功极限值qsvgmax<qref-qs2max-qcmax时qsvgref＝qsvgmax，否则qsvgref＝qref-qs2max-qcmax。

23、而且，所述步骤3的具体步骤包括：

24、(1)判断时间t<tp1，重复进行以主保护动作时间为依据的无功分配策略，对系统进行无功补偿；

25、(2)判断时间t>tp1，判断并网点电压u<0.9，主保护未动作，进入后备保护的无功分配阶段；

26、(3)判断并网点电压u≥0.9，且持续tdelay时间，判断主保护动作，进入电压恢复的无功分配阶段。

27、而且，所述步骤4的具体步骤包括：

28、(1)以典型后备保护动作时间为依据，对双馈风机转子侧换流器的无功功率参考值进行反时限设计，即离保护动作时间(包含断路器跳闸时间)越近，转子侧换流器的无功功率参考值越小：

29、

30、式中，tp2为后备保护+断路器动作时间。

31、(2)根据上述的无功分配原则进行无功功率的分配；

32、(3)判断时间t>tp2，后备保护动作清除故障。

33、而且，所述步骤5的具体步骤包括：

34、(1)令双馈风机转子侧换流器与网侧换流器的参考值均为0，即qsref＝0，qcref＝0；

35、(2)设计svg的无功参考值曲线，使其吸收无功功率减小过电压：

36、qsvgref＝k(0.9-u),0.9≤u≤1.3

37、式中，k为变化系数。

38、(3)电压判断模块判断并网点电压u≤1.1，控制结束。

39、(4)至此控制方法全部结束，通过在故障期间对无功功率参考值的设计计算，将无功功率分配给转子侧换流器、网侧换流器以及svg用以输出无功功率，故障清除后利用svg吸收系统盈余无功直至并网点电压小于1.1，控制结束，系统恢复正常运行状态，进而完成计及保护动作时间与双馈风电场无功出力的协调配合的控制。

40、本发明的优点和有益效果：

41、1、本发明提出一种计及保护动作时间与双馈风电场协调配合的控制系统和方法，基于双馈风机转子侧换流器、网侧换流器以及无功补偿装置的无功补偿极限与动态响应速度，在步骤2中明确了上述设备间的无功补偿分配策略，指出在故障期间优先发挥转子侧换流器的无功补偿能力，其次将无功缺额分配更网侧换流器和svg，在故障期间尽可能发挥双馈风电场的无功补偿能力，支撑系统的并网点电压。

42、2、本发明提出了计及主后备保护动作时间的无功参考曲线优化方法，在步骤1中计及了主保护动作时间，步骤3对并网点电压数据判断以确定主保护是否动作，步骤4中计及了后备保护动作时间，且在步骤5中对故障清除阶段利用svg吸收多余无功功率，与现有无功补偿策略相比，能够在保证故障穿越能力的前提下，大幅减小故障恢复期间并网点的暂态过电压问题。

43、3、本发明与常规的无功分配策略相比，在步骤2中充分考虑了不同无功补偿设备的补偿能力和响应速度，并利用步骤1与步骤4提出的与主后备保护动作时间的协调配合，在保证故障期间实现低电压穿越的前提下，充分考虑无功补偿设备的响应传递延时，通过无功补偿参考值的预先调整，实现故障清除后无功出力的快速降低，抑制了无功过剩导致的暂态过电压问题，降低风电机组的高电压脱网风险。